液氯罐區的工藝安全設計

李森林

液氯罐區的工藝安全設計

李森林

（遼寧省石油化工規劃設計院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

氯氣是一種用途十分廣泛的基本化工原料，在工業生產中很多領域的應用占有重要的地位。由于氯氣具有的毒性，一旦發生事故，將會對環境和人員的生命造成傷害，因此，對氯氣的安全儲存，有著嚴格的要求。本文分別從儲罐的設計參數、儲罐容量計算、工藝設計和其他安全設施方面，要嚴格執行國家、行業的標準要求進行設計，從而達到液氯儲存安全的目的。

液氯；罐區；工藝設計；安全

氯氣是一種用途十分廣泛的基本化工原料，在農藥、橡膠、塑料、漂白劑和消毒劑等的工業生產中的應用占有重要的地位。

氯氣為黃綠色有刺激性氣味的氣體，沸點為-34.6 ℃，熔點為-101 ℃，在常壓下即汽化成氣體，蒸氣相對密度(空氣=1)為2.5； 在20 ℃，6.86 ata下，相對密度（水=1）為1.4。

通常氯氣是在液化狀態下儲存，稱為液態氯，為黃綠色的油狀液體，它具有劇毒性，人體吸入后能嚴重中毒，同時還具有刺激性、腐蝕性，屬于危險化學品。因此，對液氯的安全儲存，有著嚴格的要求。

本文分別從液氯儲罐的設計參數、儲罐容量計算、工藝設計和其他安全設施方面進行探討。

1 儲罐設計參數

液氯通常選用臥式常溫壓力儲罐儲存，儲罐的設計壓力和設計溫度參數、儲罐容積必須規范的選擇。

1.1 設計壓力

設計壓力是指設定的容器頂部的最高壓力，其值不應低于工作壓力。取50 ℃氯氣的蒸汽壓作為液氯儲罐的最大工作壓力。

另外，液氯儲罐為壓力式儲罐，同時需要考慮安裝安全閥，因此，液氯儲罐的設計壓力為1.05～1.10倍最高工作壓力，且不低于安全閥開啟壓力[1]。

1.2 設計溫度

設計溫度是指容器在正常工作情況下，設定的元件的金屬溫度。需要考慮工程所在地區的歷年來平均最低氣溫的最低值。另外，還需要考慮事故狀態下，液氯向大氣環境泄漏汽化時吸熱引起的罐體表面溫度的下降[2]。

2 儲罐容量計算

液氯罐區的儲存容量，應按全廠總工藝流程規定的原料一次最大用量周期的需求，同時，還要考慮運輸方式和運輸距離對物料儲存周期的影響。

罐區中設置的儲罐數量，根據儲存的容量，以及單臺儲罐儲存的介質重量來選擇。

單臺液氯儲罐容積的確定，通過式（1）計算：

式中：—單臺儲罐的容積，m3；

—單臺儲罐中儲存介質的質量，kg；

—液氯的密度，kg/m3；

—液氯儲罐的充裝系數,取0.8[5]。

同時，考慮到液氯的毒性為劇毒，在罐區設計時還需要根據單臺最大液氯儲罐的體積，設置一臺備用液氯儲罐，在正常情況下保持空槽，作為事故情況下液氯泄漏的應急備用儲罐[2]。

3 工藝設計

液氯罐區的工藝設計主要考慮其流程設計和相關的儀表設計。

3.1 流程設計

（1）進出料的管線

液氯儲罐設置進出物料的管線，在管道上設置緊急切斷閥門，與儲罐的高低液位聯鎖。同時，在管道上靠近儲罐根部閥設置為帶波紋管密封的截止閥。

（2）氣相平衡管線

液氯儲罐設置氣相平衡管線，用以保證儲罐在裝卸物料時儲罐壓力平衡，氣相平衡管線與各儲罐相連，同時，氣相平衡管線還應連接至氯氣捕集工藝裝置中的尾氣排放處理工序，處理在液氯卸車過程中汽化超壓的氯氣。

（3）安全閥排放管線

液氯儲罐設置安全閥排放管線，用以排放儲罐超壓的液氯氣體，保證儲罐的安全，由于氯氣具有毒性，不允許直接排放大氣，因此安全閥排放出的氣體，通過安全閥的排放總管線送至氯氣捕集工藝裝置中的尾氣排放處理工序，避免環境的污染。

（4）排污管線

液氯儲罐在長時間儲存后，在儲罐的底部容易積聚三氯化氮，因此，在儲罐的底部設置排污裝置和污物處理設施，用以排除儲罐中積聚的三氯化氮，設置取樣點用以監測排污物中的三氯化氮含量不應大于60 g/L，如發現排污物中的三氯化氮的含量超標，則增加排污次數和排污量，并加強監測以保證儲罐的安全[5]。

（5）氯氣捕集工藝

氯氣捕集工藝分為事故處理工序和尾氣排放處理工序。

事故處理工序用于處理儲罐泄漏事故氯氣的吸收和處理。通過設置的有毒氣體檢測報警器聯鎖啟動事故風機，將有害氣體送至事故應急吸收塔，在應急吸收塔內與堿液逆流接觸，處理合格后的尾氣通過無害化氣體放空管高空排放。風機的事故通風量，宜根據工藝設計條件通過計算確定，且換氣次數不應小于12次/h[7，8]。尾氣吸收塔的處理能力要與風機的風量相匹配。

尾氣排放處理工序用于處理儲罐尾氣的排放氯氣的吸收和處理。卸車過程中和安全閥事故狀態下的尾氣，通過排放總管排至尾氣吸收塔，在尾氣吸收塔內與堿液逆流接觸，在尾氣吸收塔后設置尾氣風機，保證尾氣的排放和處理，處理合格后的尾氣通過無害化氣體放空管高空排放。尾氣風機的風量和尾氣吸收塔的處理能力要滿足工藝條件的需要。

同時，設置各自的吸收塔循環泵、堿液儲罐和堿液循環泵，以保證工藝過程的需要。

無害化氣體放空管高度不得小于25 m，并應高于現場建構筑物或設備高度2 m以上，不得無序排放[2]，在防空管上設置監測設施，監測氯氣濃度是否超標。

（6）事故應急倒罐泵

為保證對事故儲罐中液氯的應急處理，設置事故應急倒罐泵，將事故罐中的液氯倒至液氯應急備用儲罐。同時，也可兼做液氯的輸送泵，設置數量不少于2臺。

3.2 儀表設計

（1）壓力表、液位計、溫度計[6]

液氯儲罐設置壓力表、液位計、溫度計應能就地顯示，并應傳至控制室集中顯示。

（2）報警聯鎖[6]

確保生產安全，液氯儲罐設置高低液位報警，對儲罐的液位進行監控。設置的高高、低低液位聯鎖切斷進料管道和出料管道上的緊急切斷閥門，保證儲罐內的液位不超出最高或最低液位。

對儲罐的壓力設置高壓報警的功能，與設置在氣相平衡管線上的壓力調節閥聯鎖調節，保證儲罐的安全。

（3）有毒氣體報警器

根據《建筑設計防火規范》（2018年版）GB50016 -2014中，氯氣是助燃氣體，火災危險性類別為乙類，同時，氯氣的燃燒爆炸危險性中的爆炸上下限無意義，說明氯氣不具有爆炸性，在儲罐區中只考慮氯氣的毒性。因此，根據《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》GB50493-2019中的要求，氯氣設置有毒氣體濃度檢測報警器，有毒氣體報警設定值的確定：一級報警設定值應小于或等于100% OEL（職業接觸限值），有毒氣體的二級報警設定值應小于或等于200% OEL。同時，報警信號應送至有人值守的控制室，報警器應有聲、光報警功能。

4 其他方面安全設計

（1）總平面布置

在總平面布置中，液氯儲罐應布置在廠區全年最小頻率風向的上風側及地勢較低的開闊地帶[4]。

（2）廠房的形式

液氯儲罐推薦采用密閉式廠房[2，3]，便于事故氯的捕集和處理，防止泄漏到大氣中給環境和人員造成傷害。

（3）用電負荷等級

氯氣捕集工藝中的事故處理工序中的設備用電負荷為一級，滿足在緊急情況下事故氯的捕集處理。

（4）設備布置

地上液氯罐區地面應低于周圍地面0.3～0.5 m或在貯存區周邊設0.3～0.5 m的事故圍堰，防止一旦發生液氯泄漏事故，液氯氣化面擴大[2]。

5 結束語

總而言之，由于液氯本身的毒性，一旦發生事故，將會對環境和人員的生命造成傷害。所以，要嚴格執行國家、行業的標準要求進行設計，從而達到液氯儲存安全的目的。

［1］工藝系統工程設計技術規定-設備和管道系統設計壓力和設計溫度的確定.HG/T2.570.1-1995[S].北京：中華人民共和國化學工業部，1996.

［2］中國氯堿工業協會.關于氯氣安全設施和應急技術的指導意見.中國氯堿工業協會（2010）協字第070號．

［3］中國氯堿工業協會.關于氯氣安全設施和應急技術的補充指導意見.中國氯堿工業協會（2012）協字第012號．

［4］化工企業總圖運輸設計規范.GB50489-2009[S].北京：中國計劃出版社，2009.

［5］氯氣安全技術規程.GB 11984－2008[S].北京：中國標準出版社，2009.

［6］石油化工儲運系統罐區設計規范.SH/T3007-2014[S]. 北京：中國石化出版社，2014.

［7］工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范. GB50019-2015[S]. 北京：中國計劃出版社，2015.

［8］化工采暖通風與空氣調節系統設計規范. HG/T20698-2009[S]. 北京：人民出版社，2009.

［9］張維凡. 常用化學危險物品安全手冊[M]. 北京：中國醫藥科技出版社，1992.

Process Safety Design of Liquid Chlorine Tank Farm

（Liaoning Petroleum-Chemical Industry Planning & Designing Institute Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110000, China）

Chlorine gas is a basic chemical raw material with wide range of application. Due to the toxicity of chlorine gas, once an accident occurs, it will cause damage to the environment and human life. Therefore, there are strict requirements for the safe storage of chlorine gas. The national and industrial standards for the design should be strictly implemented from the tank design parameters, tank capacity calculation, process design and other safety facilities, in order to achieve the purpose of liquid chlorine storage safety.

liquid chlorine; tank farm; process design; safety

大連化學物理研究所科研成果介紹

微反應技術硝化合成硝酸異辛酯

負責人：陳光文 聯絡人：陳光文

電話：0411-84379031 傳真：0411-84379327 Email：gwchen@dicp.ac.cn

學科領域：精細化工 項目階段：中試放大

項目簡介及應用領域

異辛醇混酸硝化生產的硝酸異辛酯作為柴油十六烷值改進劑，對柴油油品升級起著重要作用。按典型的0.1%的添加量計，每萬噸硝酸異辛酯可以調和1000萬噸符合國V 排放標準的優質柴油。隨著油品的升級換代，硝酸異辛酯產品的市場需求量勢必增加。由于硝酸異辛酯生產比較危險，技術主要由法國SNPE、瑞士BIAZZI等少數軍工企業掌握。國內，西安萬德能源化學公司采用微管式生產工藝，每年產能為1萬噸，但數十條線并行生產工藝弊端明顯。

本項目采用微通道反應器技術，在反應熱力學和反應動力學研究結果的基礎上，創新性開發了微反應技術硝化合成硝酸異辛酯工藝，該工藝的主要特點是：異辛醇和混酸在并行多通道微混合器中接觸反應，混合器內體積微小、物料混合均勻，反應時間短，傳熱速率快，產物和酸可實現連續自動分離。技術指標包括：原料轉化率高于 99.9 %，產品純度高于 99.5 %，水分小于 0.05%，酸度小于3mg KOH/100ml。本項目同時揭示了反應過程中的爆炸機制，因而這項技術具有無可比擬的先進性和安全性。本技術具有自主知識產權，已申請專利 2 件，發表學術論文 2 篇。目前， 已建立 50～100 噸微反應裝置一套，并可以快速設計搭建單套 600～1000 噸反應裝置。

合作方式：合作開發

投資規模：1000～5000 萬

TQ 124.4

A

1004-0935（2020）04-0438-03

2020-01-15

李森林（1980-），男，高級工程師，碩士，遼寧黑山人，2007年畢業于沈陽工業大學材料學專業，研究方向：從事化工管道設計工作。